ITMI20110657A1 - Bruciatore ad elevata stabilita' acustica - Google Patents

Description

TITOLO: "Bruciatore ad elevata stabilità acustica"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un bruciatore ad elevata stabilità acustica.

In particolare, la presente invenzione riguarda un bruciatore cilindrico ad elevata stabilità acustica per caldaie a gas.

Le caldaie a gas della tecnica nota comprendono: un condotto per l'alimentazione di un bruciatore con una miscela gas-aria premiscelata, un bruciatore per la produzione di calore mediante combustione di detta miscela in una camera di combustione, ed eventualmente un elemento di supporto collegabile allo scambiatore di calore e/o al condotto per l'alimentazione per assicurare la chiusura della camera di combustione e/o per il posizionamento del bruciatore rispetto a tale camera di combustione.

Il bruciatore comprende inoltre un diffusore attraverso il quale viene convogliato il gas premiscelato di combustibile e aria e il quale determina uno schema di fiamme per la produzione di calore .

Solitamente il diffusore comprende una parete dotata di una pluralità di aperture ed avente una superficie interna in collegamento di flusso con il condotto di alimentazione, e pertanto a contatto con la miscela non combusta, ed una superficie esterna sulla quale avviene la combustione. Nel presente contesto, tali superfici sono denominate rispettivamente superficie di alimentazione e superficie di combustione.

A monte del diffusore (con riferimento alla direzione di flusso della miscela gas-aria) può essere inoltre previsto un dispositivo di distribuzione, o distributore, disposto sulla superficie di alimentazione del diffusore.

Il distributore solitamente comprende una parete provvista di una pluralità di aperture, configurata in modo tale da distribuire la miscela gas-aria in modo sostanzialmente uniforme o comunque nel modo desiderato verso la parete del diffusore.

Come è ben noto, il calore prodotto dalla combustione sulla superficie di combustione viene veicolato mediante i gas di combustione caldi ad uno scambiatore di calore per il riscaldamento di un fluido, ad esempio acqua, che viene successivamente convogliato ad un utilizzo, per esempio ad un sistema di riscaldamento di un processo industriale, di ambienti abitativi o simili e/o di acqua sanitaria. A causa delle specifiche esigenze di un riscaldamento controllato e differenziato, è indispensabile poter variare la potenza di riscaldamento del bruciatore.

E' possibile variare tale potenza di riscaldamento attraverso la variazione della portata del combustibile o della miscela alimentata al diffusore.

Ciò comporta una variazione di volume e di velocità di fluido e quindi una variazione dei campi di pressione.

Tale variazione dei campi di pressione può dare luogo a fenomeni di risonanza acustica all'interno della caldaia.

Per risolvere questo inconveniente, le caldaie della tecnica ricorrono all'installazione di risuonatori di Helmholtz all'interno dello scambiatore di calore.

Tale soluzione, seppur efficace, risulta costosa e richiede grandi spazi di installazione.

Una seconda soluzione nota per risolvere il problema della risonanza acustica è quella di modificare opportunamente la distribuzione dei fori del diffusore e del distributore in modo da alterare il campo di velocità e di pressione e da uscire così dalle condizioni di risonanza.

Tale metodo, tuttavia, risulta complesso in quanto richiede un numero elevato di prove sperimentali dalle quali dedurre in che modo modificare la foratura del diffusore e/o del distributore. Esso inoltre risulta efficace solo in una casistica molto limitata.

Una terza soluzione prevede la disposizione di un distributore aggiuntivo all'interno del bruciatore, a valle della sezione d'ingresso della miscela nel bruciatore. In tal modo il volume interno del bruciatore risulta modificato. In particolare, il volume in cui è contenuta la miscela distribuita, ovvero il volume a valle del distributore aggiuntivo, è inferiore al volume racchiuso tra le pareti del bruciatore, ovvero al volume definito dalla sezione di ingresso della miscela nel bruciatore.

Tale soluzione risulta efficace solo in presenza di specifiche condizioni, ad esempio di portata, velocità, natura chimica della miscela. Per cui variando uno di tali parametri, la soluzione risulta inefficace .

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un bruciatore cilindrico ad elevata stabilità acustica con un ampio campo applicativo, semplice ed economico. In altre parole, un bruciatore utilizzabile a diverse potenze, con gas di natura diversa, senza incorrere in fenomeni di risonanza acustica, che sia al contempo semplice ed economico da produrre.

Questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un bruciatore cilindrico per caldaia a gas comprendente :

- un diffusore, atto a diffondere gas di combustione premiscelati in una camera di combustione, comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di diffusione; e

- un distributore supplementare, comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione, disposto a monte della sezione di ingresso della miscela nel bruciatore e configurato in modo tale che la sezione di passaggio del fluido in ciascuna sezione a valle del distributore supplementare e a monte della sezione di ingresso sia sostanzialmente uguale alla sezione di passaggio del fluido in corrispondenza della sezione di ingresso e in modo tale da definire un volume interno (Vi) al bruciatore maggiore del volume definito (Vd) dalla sezione di ingresso.

Nel presente contesto il termine "sezione di ingresso della miscela nel bruciatore" indica la sezione trasversale del bruciatore in corrispondenza della sua estremità prossima all'ingresso della miscela. Generalmente, tale sezione coincide con la sezione terminale del condotto di adduzione della miscela .

Tale sezione è indicata nelle figure con il numero di riferimento 6.

Il volume interno (Vi) è il volume definito lateralmente dalle pareti laterali del bruciatore e inferiormente dal distributore supplementare, mentre il volume definito dalla sezione di ingresso (Vd) è il volume definito lateralmente dalle stesse pareti laterali del bruciatore e inferiormente dalla sezione di ingresso.

Nel presente contesto il termine "aperture" indica aperture passanti.

La presenza di un tale distributore supplementare, così configurato, nel bruciatore ha l'effetto di creare una ripartizione dei volumi interni. In particolare, esso crea un volume Vi in cui è contenuta la miscela distribuita, ovvero un volume a valle del distributore aggiuntivo, il quale risulta superiore rispetto al volume racchiuso tra le pareti del bruciatore ovvero rispetto al volume Vd definito dalla sezione di ingresso.

Rispetto alla soluzione nota che prevede l'uso di un distributore aggiuntivo, la presente invenzione consegue un aumento del volume interno del bruciatore a monte del diffusore, in direzione longitudinale, a scapito del volume del condotto di adduzione della miscela.

In altre parole, la disposizione e la configurazione del distributore supplementare nel bruciatore dell'invenzione, accresce il rapporto tra il volume interno Vi (definito dalla presenza del distributore aggiuntivo stesso) e il volume totale disponibile alla miscela incombusta, modificando la distribuzione della pressione tra volume interno (Vi) al bruciatore e volume totale della miscela incombusta.

Tale variazione volumetrica in direzione longitudinale, ovvero nella direzione dell'asse principale del bruciatore, insieme alla variabilità della pressione tra volume interno Vi del bruciatore e volume totale della miscela incombusta, consente di eliminare il problema di risonanza acustica del bruciatore.

Per meglio comprendere l'invenzione ed apprezzarne i vantaggi, verrà di seguito fornita una descrizione di alcune forme di realizzazione esemplificative non limitative del bruciatore dell'invenzione, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

- la figura 1 è una vista frontale di un bruciatore cilindrico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista lungo la sezione longitudinale A-A del bruciatore di figura 1 secondo una prima forma realizzativa dell'invenzione;

- la figura 3 è una vista lungo la sezione longitudinale A-A del bruciatore di figura 1 secondo una seconda forma realizzativa dell'invenzione;

- le figure 4a e 4b sono viste in sezione longitudinale di due bruciatori della tecnica nota;

- la figura 5 è una vista laterale in trasparenza del bruciatore di figura 1 montato sul condotto di alimentazione della miscela;

- la figura 6 è una vista lungo la sezione longitudinale A-A del bruciatore di figura 5;

- le figure 7 ed 8 sono viste in sezione longitudinale del bruciatore dell'invenzione, in cui sono evidenziati i volumi interni al bruciatore.

Con riferimento alle figure 1-8, un bruciatore cilindrico a gas per caldaia, è complessivamente indicato con il numero di riferimento 1.

In particolare, il riferimento 1 indica un bruciatore che produce calore mediante la combustione di un gas combustibile premiscelato, generalmente comprendente gas combustibile ed aria. Preferibilmente, tali gas combustibili sono completamente premiscelati, ovvero alla miscela erogata al bruciatore non viene addizionato alcun componente ulteriore.

Il bruciatore 1 comprende un diffusore 2, il quale è atto a diffondere gas di combustione in una camera di combustione non mostrata nelle figure.

Il bruciatore 1 è montato su un telaio (o flangia) 9. Quest'ultimo è collegabile alla camera di combustione mediante porzioni di collegamento.

Il telaio 9 delimita inoltre un'apertura per il passaggio della miscela di combustibile ed aria.

Detto telaio 9 è solitamente accoppiato a un condotto di alimentazione 3 della miscela.

Il diffusore 2 include una parete dotata di una pluralità di aperture la cui superficie interna è in collegamento di flusso con il condotto di alimentazione dei gas. Sulla superficie esterna di tale parete avviene la combustione.

Il diffusore 2 comprende preferibilmente una maglia in fibre metalliche o ceramiche.

Il diffusore 2 può comprendere un distributore 4 di tipo noto, atto a distribuire la miscela al diffusore 2 e disposto sul lato del diffusore 2 opposto alla camera di combustione.

Secondo la presente invenzione, il bruciatore 1 comprende un distributore supplementare 5 comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione.

Tale distributore supplementare 5 è disposto a monte della sezione di ingresso 6 della miscela nel bruciatore 1.

Nelle figure, la direzione del flusso di miscela è indicata dalle frecce l e i'.

La sezione di ingresso 6 della miscela nel bruciatore 1 è una ipotetica sezione trasversale disposta in corrispondenza dell'estremità del bruciatore 1 prossima all'ingresso della miscela e pertanto prossima al condotto di adduzione 3 della miscela .

Come visibile nelle figure 5 e 6, tale sezione di ingresso 6 coincide con la sezione di interfaccia tra bruciatore 1 e condotto di adduzione 3 della miscela.

Preferibilmente, detto distributore supplementare 5 comprende una lamiera metallica oppure una rete metallica .

Esso è collegato al bruciatore 1 mediante saldatura o graffatura sul telaio 9 oppure è integrale con il telaio 9 del bruciatore 1 stesso.

La figura 4a mostra un tipico bruciatore della tecnica nota che non prevede un distributore supplementare 5.

La figura 4b mostra un bruciatore noto provvisto di un distributore supplementare 5 disposto a valle della sezione di ingresso 6, con riferimento alla direzione 7 del flusso di miscela.

In tal caso, si vede che il volume interno al bruciatore 1 è in qualche modo ridotto, ovvero il volume della miscela a valle del distributore supplementare 5 è inferiore al volume definito dalle pareti del bruciatore 1 e dalla sezione di ingresso 6.

Al contrario, le figure 2 e 3, che illustrano il bruciatore 1 dell'invenzione, e soprattutto le figure 7 e 8, mostrano come la disposizione del distributore supplementare 5 accresca in qualche modo il volume interno del bruciatore 1, ovvero come il volume della miscela distribuita (che coincide con Vi) sia superiore rispetto al volume racchiuso tra le pareti del bruciatore 1 e la sezione di ingresso 6, ovvero al volume Vd.

Tale incremento del volume interno del bruciatore 1 a monte del diffusore, in direzione longitudinale aumenta il rapporto tra il volume di miscela distribuita e il volume di miscela non distribuita a monte del diffusore con l'introduzione di variazioni di pressione tra esterno del bruciatore, a monte del distributore supplementare 5, e interno del bruciatore 1, a valle dello stesso distributore supplementare 5. La pressione misurata in qualsiasi punto a valle del distributore aggiuntivo 5 e a monte della sezione di ingresso 6 è sostanzialmente costante.

Ciò consegue un bruciatore 1 privo di risonanza acustica, anche al variare delle condizioni operative.

La figura 2 mostra un bruciatore 1 cilindrico dell'invenzione secondo una prima forma di realizzazione in cui tale bruciatore è sprovvisto di distributore 4, mentre la figura 3 mostra una seconda forma di realizzazione in cui il bruciatore 1 cilindrico è provvisto di distributore 4.

Detto distributore 4 comprende preferibilmente una lamiera o una rete metallica.

In entrambe le forme realizzative, il bruciatore 1 è provvisto di un coperchio 8, o fondello, in corrispondenza della sua estremità distale rispetto al condotto di adduzione 3 della miscela, ovvero in corrispondenza dell'estremità opposta all'estremità prossima all'ingresso della miscela nel bruciatore 1.

Il diffusore 2 e il distributore 4 sono di tipo cilindrico, analogamente al tipo di bruciatore.

Il distributore supplementare 5 è invece sostanzialmente piano.

Il tecnico del settore, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione della presente invenzione, al bruciatore a gas per caldaie secondo la presente invenzione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore (1) cilindrico per caldaia a gas comprendente : - un diffusore (2), atto a diffondere gas di combustione premiscelati in una camera di combustione; e - un distributore supplementare (5) comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione, disposto a monte della sezione di ingresso (6) della miscela nel bruciatore e configurato in modo tale che la sezione di passaggio del fluido in ciascuna sezione a valle del distributore supplementare (5) e a monte della sezione di ingresso (6) sia sostanzialmente uguale alla sezione di passaggio del fluido in corrispondenza della sezione di ingresso (6) e in modo tale da definire un volume interno (Vi) al bruciatore (1) maggiore del volume definito (Vd) dalla sezione di ingresso (6).
2. 2. Bruciatore (1) cilindrico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un distributore (4) disposto in corrispondenza della superficie di alimentazione del diffusore (2), atto a distribuire i gas di combustione sul diffusore (2), comprendente una parete provvista di una pluralità di aperture di distribuzione .
3. 3. Bruciatore (1) cilindrico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto distributore supplementare (5) è collegato al bruciatore mediante saldatura o graffatura su un telaio (9).
4. 4. Bruciatore (1) cilindrico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto distributore supplementare (5) è integrale con un telaio (9) del bruciatore (1) stesso.
5. 5. Bruciatore (1) cilindrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto distributore supplementare (5) comprende una lamiera metallica .
6. 6. Bruciatore (1) cilindrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto distributore supplementare (5) comprende una rete metallica .
7. 7. Bruciatore (1) cilindrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto diffusore (2) comprende una maglia in fibre metalliche o ceramiche.
8. 8. Bruciatore (1) cilindrico secondo la rivendicazione 2 oppure una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, quando dipendenti dalla 2, in cui detto distributore (4) comprende una rete metallica.
9. 9. Bruciatore (1) cilindrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il distributore supplementare (5) ha una sezione trasversale di dimensioni sostanzialmente uguali alle dimensioni della sezione trasversale del bruciatore (1)·